HCCT-2010 (Hill Cap Cloud Thuringia 2010)

Contexte et objectifs

Les nuages(1), qui occupent en moyenne environ 15 % du volume de la basse troposphère avec une occurrence spatiale et temporelle très variable, jouent un rôle crucial dans la chimie de la troposphère et peuvent ainsi avoir in fine un impact notable sur les aérosols. D’une part, les aérosols solubles ou partiellement solubles peuvent rejoindre la phase aqueuse du nuage et y être impliqués dans des processus réactionnels très différents de ceux susceptibles de se produire en phase gazeuse, ce qui conduira à la formation d’un aérosol modifié après dissipation du nuage. D’autre part, les nuages affectent la capacité oxydante de l'atmosphère en modifiant, par piégeage d’oxydants solubles et/ou création de nouveaux oxydants, les concentrations d’oxydants importants, tels les radicaux hydroxyle (OH), peroxyle (HO₂) ou nitrate (NO₃), ce qui aura un impact sur la composition chimique des aérosols.

Or, il est important d’être capable de décrire et de prévoir précisément la composition chimique des aérosols car celle-ci détermine leurs propriétés physiques, c’est-à-dire leur impact sur la santé et le climat qui sont des questions sociétales majeures. Pour ce faire, une bonne compréhension des effets des nuages sur les processus chimiques à l’œuvre en leur sein et sur les bilans de masse en oxydants est donc nécessaire.

 

HCCT-2010 est un projet international qui vise à élucider les divers processus chimiques qui se déroulent dans un nuage et à en déterminer l’importance relative, notamment ceux impliquant les composés relativement réactifs que sont les composés carbonylés, connus pour être des espèces intermédiaires importantes dans les réactions atmosphériques de phase aqueuse.

 

HCCT 2010 réalisera des mesures sur le terrain et utilisera la modélisation pour évaluer l'effet des nuages sur :

• les bilans de masse des composés organiques et leur distribution entre les deux phases ;
• les bilans de masse des oxydants en phase gazeuse ;
• et les propriétés hygroscopiques (affinité avec l’eau) et l'activation (seuil d’humidité de l’air à partir duquel l’aérosol devient un noyau de condensation) des particules d'aérosols en fonction de leur taille et composition.

Si la chimie atmosphérique, surtout celle des composés organiques, est moins bien comprise en phase aqueuse qu’en phase gazeuse, c’est qu’il est difficile d’étudier les processus en phase liquide dans des conditions atmosphériques réelles. Pour y parvenir, HCCT 2010 mettra en œuvre des expériences de type Lagrangien (description du déplacement des masses d'air) et utilisera un nuage orographique (nuage se formant lorsqu’un flux d'air assez fort et stable franchit un relief) afin de caractériser complètement les masses d’air avant, pendant et après le passage d’un nuage.

Date et lieux

La campagne HCCT-2010 est prévue entre le 1er septembre et 15 octobre 2010 et se déroulera sur la montagne Schmücke dans la forêt de Thuringe, près de la ville de Suhl.

Moyens déployés

Quatre emplacements d’échantillonnage seront installés : un près du village de Goldlauter, qui sera vent de face pendant les expériences, un autre au sommet du Schmücke (emplacement de nuage) et les deux derniers près du village de Gehlberg, vent arrière par rapport au Schmücke.

Un total de 5 ToF-AMS (Time-of-flight aerosol mass spectrometer) seront déployés qui fourniront des informations, avec une très bonne résolution en temps et taille, sur la composition chimique des aérosols submicroniques et non réfractaires. Chacun des trois emplacements de vallée (un en vent de face, deux en vent arrière) sera équipé d'un ToF-AMS et l'emplacement du sommet en aura deux reliés en aval d’une part à un CVI, pour des informations sur les résidus de gouttelettes, et d’autre part à un système de prélèvement d’air capable de séparer l’air situé entre les gouttes (air interstitiel), pour des informations sur les particules interstitielles. Cette installation permettra de recueillir des données sur les particules entrantes, avant le passage du nuage, sur celles situées dans le nuage au moment de son passage au sommet et sur celles enfin modifiées après le passage du nuage.

Afin de mieux comprendre l’impact de la chimie multiphasique sur la capacité oxydante de l’atmosphère, la mesure de la concentration des radicaux OH et HO₂ par la technique FAGE (Fluorescence assay with gas expansion) est également prévue en vent de face et au sommet.

Soutien

La campagne 2010 a reçu le soutien de l’INSU (programme LEFE).

Partenaires

Les partenaires de HCCT sont les suivants : Leibniz-Institut für Troposphärenforschung - Leipzig (IfT, Allemagne), Max-Planck-Institut für Chemie (MPI, Allemagne), Université de Leeds (ULEEDS, Royaume-Uni), INSU/CNRS, Université Lyon 1 (France), Université de Lille 1 (France) et Université de l'État du Colorado (CSU, États-Unis).

Laboratoires français impliqués

IRCELYON (Lyon) et PC2A (Villeneuve d' Ascq)